基于在線地圖的廠址周圍環境數據采集系統

張晟 曹俏 張超 原寒

摘? 要：在核電廠或核設施建造運行過程中，按規定需要對周圍環境進行調查。廠址周圍環境數據采集系統利用在線地圖來自動查詢加油站、學校、政府機構等調查內容，得到各目標或興趣點的經緯度、計算其距廠址中心距離、方位，并在行政區劃圖上標記生成示意圖。由于在線地圖查詢到的經緯度坐標系統不同，本系統對不同經緯度坐標進行偏移，將其坐標轉換為WGS-84坐標系下坐標表示形式并計算距離偏移誤差，使得誤差均小于10m。使用本系統可大幅度減輕核設施環境數據調查人員的工作量，加快數據收集及數據處理速度。

關鍵詞：坐標系;在線地圖;廠址周圍環境數據采集系統

中圖分類號：TP311? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）34-0001-04

Abstract： During the construction and operation of nuclear power plants or nuclear facilities， it is necessary to investigate environmental data around the plant site according to regulations. The environmental data inquiry system uses the online map to automatically query the survey content， such as gas stations， schools， governmental agencies， etc. The system is also applied to get the longitude and latitude of each targets or interest points， to calculate the distance and orientation from the center of the plant site and to generate the schematic diagram by marking the longitude and latitudeon the administrative zoning map. In spite of the diversity of longitude and latitude coordinate systems， this system offsets the coordinates of different latitudes and longitudes and calculates the distance offset error by converting the longitude and latitude to the coordinate representation in the WGS-84 coordinate system. The error is less than 10m. The application of this system can greatly reduce the workload of environmental data investigators in nuclear facilities and speed up data collection and data processing.

Keywords： coordinate system; online map; environmental data inquiry system around factory site

引言

我國當前經濟社會發展不僅受到資源環境的瓶頸制約，還受到全球氣候變化、減緩排放的嚴峻挑戰[1]。煤、石油、天然氣等不可再生能源仍是我國主要能源，也是碳排放的主要途徑。核能是目前最有希望能大規模代替化石能源的一次能源，也是實現溫室氣體減排效益、實現我國構建低碳能源結構、應對氣候變化的有效途徑之一[2-3]。依據《環境影響評價技術導則 核電廠環境影響報告書的格式和內容》（HJ808-2016），在核電廠選址、建造、運行階段，應評估核電廠對周圍環境的潛在影響，包括廠址地理位置、主要城鎮方位與距離、人口分布、土地利用及資源概況、氣象、水文等。在實際工作中，調查和篩選該區域內的信息較繁雜，需要大量人工工作量，而百度地圖、高德地圖等在線地圖可提供相關信息，因此，本文通過利用在線地圖來自動篩選區域內相關數據，并給出目標點或興趣點經緯度，為核廠址周圍環境影響評價提供便利，大幅提高工作效率。

1 相關資源簡介

本文主要利用百度地圖、高德地圖等在線地圖來搜索相關數據和信息。百度地圖、高德地圖可以為用戶提供包括智能路線規劃、智能精準導航（駕車、步行、騎行）、實時路況等出行相關服務[4-7]，百度地圖和高德地圖官方網站都都提供了API（Application Programming Interface， 應用程序接口），方便用戶使用地圖資源。廠址周圍環境數據采集系統通過JavaScript語言調用地圖API，調用過程分為以下步驟：

（2）在html文件body部分定義div標簽并指定ID屬性，該標簽用于顯示地圖。

（3）利用JavaScript語言新建地圖對象，按用戶需求進行開發。

其中，高德地圖、騰訊地圖使用GCJ-02坐標系，百度地圖使用BD09坐標系。GCJ-02坐標系，又名“火星坐標系”，是我國國家測繪地理信息局獨創的坐標體系，由WGS-84坐標系統加密而成;bd-09坐標系統，即百度坐標系是在GCJ-02坐標系的基礎上再次加密偏移后形成的坐標系，只適用于百度地圖。因此，同一地點使用不同坐標系表示時會有一定偏移而產生誤差，故需要將不同地圖獲得的經緯度進行偏移才能進一步數據處理和分析。本文給出了GCJ-02坐標系和BD09坐標系向WGS-84坐標系偏移的算法，以此來修正誤差。

2 誤差修正

本節主要介紹了GCJ-02坐標系和BD09坐標系向WGS-84坐標系偏移的算法，并統計出誤差偏移范圍。首先在全國范圍內隨機生成45258個WGS-84坐標系的坐標點，再通過百度地圖和高德地圖提供的坐標轉換系統批量轉換為GCJ-02坐標或BD09坐標，即得到了GCJ-02坐標和BD09坐標對應的WGS-84坐標。然后通過公式轉換法修正偏移距離，最后統計偏移后的誤差，結果表明誤差在可接受范圍內。

2.1 GCJ-02坐標系偏移

GCJ-02坐標系向偏移WGS-84坐標系主要使用如下方法：

（1）定義地球半長軸a=637825.0m，扁率e=0.00669342

162296594323，圓周率PI=3.1415926535897932384626。

（2）偏移方法：

令lng=lnggcj-105.0，lat=latgcj-35.0

Δlng=300+lng+2.0lat+0.1lng2+0.1lng*lat+0.1

+（40sin（6π*lng）+40sin（2π*lng））

+（40sin（π*lng）+80sin（π*lng））

+（300sin（π*lng）+600sin（π*lng））

Δlat=-100+0.2lng+3.0lat+0.2lat2+0.1lng*lat+0.2

+（40sin（6π*lng）+40sin（2π*lng））

+（40sin（π*lat）+80sin（π*lat））

+（320sin（π*lat）+640sin（π*lat））

m=1-e*（sin（））2

則lngwgs=lng-*m，

latwgs=lat-*m

其中，GCJ-02坐標系下經度lnggcj和緯度latgcj作為輸入， WGS-84坐標系下經度lngwgs和緯度latwgs是輸出。

2.2 BD-09坐標系偏移

BD-09坐標系是由GCJ-02坐標系再次加密后生成，因此可先將BD-09坐標系向GCJ-02坐標系偏移，再向WGS-84坐標系偏移。偏移方法如下：

令x=lngbd-0.0065，y=latbd-0.006

z=-0.00002*sin（y*（））

θ=tanh-1-0.00003*cos（）

則lnggcj=z*cos（θ），latgcj=z*sin（θ）

其中，BD-09坐標系下經度lngbd和緯度latbd作為輸入，GCJ-02坐標系下經度lnggcj和緯度latgcj是輸出。

2.3 誤差分析

對于GCJ-02坐標系，未偏移前該坐標系與WGS-84坐標系下最大偏移約690米，最小偏移約50.6米，平均偏移504.8米;偏移后最大偏移9.9米，最小偏移0.0014米，平均偏移1.6米。圖1給出了未偏移前以百米間隔的偏移數量值，偏移值在400-700米的點有37992個，占84%;圖2給出了偏移后以米為間隔的偏移數量值，小于5米的點占97%。

對于BD-09坐標系，未偏移前該坐標系與WGS-84坐標系下最大偏移約1500.6米，最小偏移約706.7米，平均偏移1177.4米;偏移后最大偏移4.5米，最小偏移0.0051米，平均偏移1.2米。圖3給出了未偏移前以百米未間隔的偏移數量值，偏移值大于400米的點占100%，偏移值大于1000米的點有39026個，占86.2%;圖4給出了偏移后以米為間隔的偏移數量值，均小于5米。

由上可知，BD-09坐標系加密后偏移量比GCJ-02坐標系偏移量多約500-700米，偏移后偏移距離可控制在5米以內，對于本文，可以滿足任務要求。

3 廠址周圍環境數據采集系統

廠址周圍環境數據采集系統主要依據《環境影響評價技術導則 核電廠環境影響報告書的格式和內容》（HJ808-2016）中的相關規定及實際工作需要開發。進行調查工作時，通常先通過調研等方式取得感興趣目標名稱和相關信息，最后生成目標點的經緯度、相對于廠址中心的方位、距離及其他信息。重點關注目標往往使用GPS設備或其他定位設備定位。因此，系統主要具有以下功能：給定核設施廠址的經緯度和調查范圍，批量輸入要查詢的目標名稱;系統經過調用多個在線地圖和數據庫查詢目標名稱經緯度，并更新數據庫。系統自動記錄已錄入的數據以便在下次使用時優先調用。系統通過自動篩選和轉換經緯度后得到每個興趣點的詳細信息，并在取得的行政劃圖上進行標記目標。系統功能模塊圖如圖5所示。調查結果通常需要在行政區劃圖上生成示意圖。網絡地圖可以提供縣域邊界，對要求精準到縣級邊界的示意圖可使用網絡地圖進行標記，對于精度更高的示意圖如需在有鄉鎮邊界的行政區劃圖上進行標記時則需通過本系統結合取得的有鄉鎮邊界的行政區劃圖來生成示意圖。

3.1 數據處理

在數據錄入功能中，系統可批量導入GPS或固定格式的數據。主要包括工作人員現場定位的信息。在數據查詢時，優先使用該部分數據。

查詢數據時，分別調用百度地圖、高德地圖的數據進行查詢用戶輸入的指定目標經緯度，并把數據傳遞到數據篩選功能。返回數據格式：用戶輸入的名稱：經在線地圖或數據庫查詢到的名稱：經度，緯度：來源。

數據篩選時，首先將各坐標系經緯度進行偏移，使其均可用WGS-84坐標系表示。對于同一地名，往往多個地圖都能查詢到信息，由于百度地圖坐標系偏移后整體誤差小，因此以百度地圖查詢到的數據為主，以高德地圖數據作為補充。

數據生成時，可用在線地圖生成的示意圖則調用在線地圖API生成示意圖，如不滿精度要求，則依據行政區劃圖比例尺計算行政區劃圖中每個像素代表的實際長度，再根據興趣點與廠址所成的角度在行政區劃圖上標記。最后通過用戶需要的格式如圖片或Excel格式數據輸出。

3.2 數據運算

計算距離主要通過調用在線地圖api實現，計算兩個坐標見夾角使用以下公式實現：

latS=，lngS=，latE=，latE=

θ1=sin（latS）*sin（latE）+cos（latS）*cos（latE）*cos（latE-LngS）

θ2=

θ=

res=90-θ lngE>lngS，latE？叟latSres=270+θ lngE>lngS，latE

其中，lng1，lat1，lng2，lat2分別是廠址經緯度和各個目標經緯度，res為各個目標與廠址的夾角。

4 總結與展望

本文設計的系統操作簡單，可使對生成的數據能保證正確性，極大的提高了工作人員的工作效率且準確度較高，系統可隨著數據的不斷更新和錄入進一步提高準確性。但對于在線地圖未錄入的地名系統無法標記，只能在工作后期使用手工標記。總之，系統可完成絕大部分工作，手工標記較少。在以后的工作中，會隨著工作需要不斷更新系統，使系統更加完善及智能。

參考文獻：

[1]何建坤.中國的能源發展與應對氣候變化[J].中國人口·資源與環境，2011，21（10）：40-48.

[2]吳宗鑫，呂應運.中國需要大規模發展核電[J].科技導報，2002，20（027）：26-28.

[3]姜子英.發展核能與減少溫室氣體排放[J].氣候變化研究進展，2010，6（05）：376-380.

[4]百度地圖.http：//lbsyun.baidu.com/index.php？title=jspopular3.0.

[5]高德地圖.https：//lbs.amap.com/.